王馨悦 衣佳佳

（国家林业和草原局产业发展规划院，北京 100010）

广西壮族自治区土地总面积2 372.56 hm2，其中林地面积1 481.67 hm2，森林覆盖率62.5%，位于云贵高原西南缘、两广丘陵西、北部湾海域，位于中国第二梯级地形中。西北高，东南低，从西北到东南。山岭连绵起伏，山峦起伏，分山地、平原、石山、丘陵、台地、水面等6 个不同的区域。山区主要分布在800 m以上的中山，其次是400～800 m的低矮山区，面积约39.7%；在200～400 m的山地中，有10.3%的面积[1]。

通过对广西森林防火工作的深入探讨，可进一步提升森林防火的应急处理水平，为森林防火的快速救援提供有力的技术支持，同时也可提高全区的以水灭火水平，降低森林火灾对林区的危害，从而有效地保障林区的森林资源，保障区域的生态安全。

1 研究区域概况

1.1 森林火灾概况

据中国林业统计年鉴[2-6]统计显示：2016—2020年，广西全区共发生森林火灾2 214 起，其中一般火灾1 459 起、较大火灾755 起，年均森林火灾发生率12.46 次/10 万hm2，无重特大火灾。累计火场面积18 026.5 hm2，受灾森林面积5 377.45 hm2，87 个森林面积超5 万hm2的县为森林火灾多发、频发县，火灾次数占年森林火灾总数的96%以上。森林火灾起数连续5 年排全国第一位。依据《全国森林防火规划（2016—2025 年）》[7]，全区 111 个行政县中有94 个列入全国森林火灾高风险区行政县，但各区、县间的森林火灾防控能力不平衡。

1.2 人员队伍概况

全区111 个行政县、1 500 多个行政村、140 多个林场、20 多个国家级自然保护区，共有森林消防专业队伍116 支，森林消防半专业队伍1 500 多支，依托驻地部队、乡镇街道基层单位组建应急森林消防队伍100 多支，“八桂应急救援志愿者队伍”队伍10 000 多支。森林消防队伍有一定规模且日益壮大，但人员流动性大，整体水平不高，对科技含量较高的装备接受能力有限。

1.3 灭火设备概况

全区应急部门共有97 支专业森林消防队伍、5 000 多名专业扑火队员。火灾扑救装备有指挥车23台、运兵车86 台、森林消防水车18 辆、扑火物资运输车4 辆、扑火摩托车68 台、灭火水枪115 支、高压细水雾灭火机108 台、高压接力水泵53 台、水源泵13 台、接力泵42 台、移动水泵1 台、分水器8 个。森林消防专业队伍防护装备不足。

1.4 全水资源概况

全区水资源总量为2 114.8亿m2，其中地表水2 113.7亿m3，地下水444.3亿m3，地表水和地下水重复量1.09亿m3；集体林区造林公路多，满足小型消防车辆通行，为林区逐步实现以风力为主向以水灭火提供有力支撑。

2 数据与方法

2.1 数据及预处理

数据包括DEM，行政分区，气候和统计资料。DEM资料由GIS云图下载，广西地区经规划矢量后获得，由国家统计局的官方网站截获气象和统计资料，以中国森林资讯网为依据，以中国森林资讯网为基础，对森林火灾的发生次数、面积、受害面积、人员伤亡和火灾种类进行了统计，并对其进行了相关分析，并对其特征及规律进行了研究。

利用ArcGIS技术建立了洼地深度提取模型[8]，并利用该方法获得了洼地的深度，并通过计算洼地的深度来确定相应的阈值，以获得无洼地的DEM数据资料。

通过对洼地填充、提取水流方向，可得到区域出水口最低高程数据，最终进行栅格计算，得出取水口高程、洼地深度数据。

2.2 地形因子分析

坡度分析。坡度对森林的分布有一定的影响，进而对森林火灾的强度有一定的影响。基于胡林的研究结果，采用ArcGIS进行了坡度计算，从而确定了森林火灾危险程度的级别[9]。

海拔分析。在某一高度的范围内，气温是随海拔上升反而下降的，所以用海拔等级来反映森林火灾的危险程度。利用胡林在北京市房山区森林火灾强度与海拔之间的关系，得出了森林火灾的强度[9]。

坡向分析。唐纳德对坡向和森林火灾强度的关系进行了分析[10]，结果表明：北，东，南，西，平地森林火灾的强度百分比分别是9%，18%，30%，18%，21%。

地形因子综合分析。根据林火强度的影响，将坡度、坡向、高程的林火强度资料分别对应于相应等级、对应区域后，再将这三个数据进行累加求和[11]，以此来确定不同烈度区域的队伍数量，以及与林火强度对应的装备要求。

3 结果与分析

3.1 水泵设备参数

主要泵机参数见表1。泵机选型的四个重要因素：水泵自重，水源，流量，扬程[12]。泵机作为提升液体，输送液体或使液体增加压力为用途[13]。按其工作原理，可将其分成3 类：容积泵、叶片泵以及其他类型泵。其中，容积泵又分为活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、滑板泵、螺杆泵等。叶片泵分为离心泵、混流泵、轴流泵、漩涡泵等。森林防火用水泵，主要是离心泵，柱塞泵、隔膜泵。离心泵靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体，具备结构简单，流量大，脉动小等特点。柱塞泵跟隔膜泵都属于容积泵，这两种泵相较于离心泵，结构较为复杂，流量小，但扬程高。在总体重量接近的情况下，离心泵流量最大，扬程较小；柱塞泵跟隔膜泵扬程较大，流量较小。

表1 主要泵机参数表Tab.1 Parameters of main pumps

3.2 地形划分方案

利用地理信息系统的空间分析技术得到不同的高程区间，最终依据广西地形地貌特征，将全自治区划分为A、B、C三个火灾治理单元，A单元为高山地区，海拔800 m以上的中山，共48 个县（市、区）。B单元为丘陵地区，海拔400～800 m的低山区，共34 个县（市、区）。C单元为浅丘地区，海拔200～400 m的丘陵，包括除A、B单元之外的地区，共12 个县（市、区）。

3.3 设备选型方案

本研究拟选取3种水泵，作为广西地区的主战、辅助水泵。

3.3.1 背负式森林消防高压水泵

背负式森林消防高压水泵是一种便于携带、使用和操作方便的灭火器。其用途广泛，经常被广泛采用。可在森林火灾中进行远程给水扑救。它是一种科学、机械化、智能化的森林火灾扑救设备。这个泵是用一个发动机一个高压泵的，可多台串联使用，具有压力高、流量大、耐腐蚀、冷启动迅速、能长时间连续运行等特点。为减少森林火灾的危害，保护人民生命财产的安全发挥了重要的作用。

可携带性参数：背负式森林消防高压水泵整机质量在15 kg左右，常规尺寸为600 mm×300 mm×300 mm左右。

启动性能：主要的发动机类型有两种：1）二冲程的混合燃料风冷发动机；2）四冲程的强制风冷发动机。

输水性能：该设备专为森林消防设计，需要可允许通过颗粒大小基本为2 mm细小泥砂通过；设备利用全自动引水方式，吸水深度不小于7 m，引水时间小于20 s。适用于森林消防的产品最大扬程一般不小于165 m，最大射程一般不小于20 m。

背负式森林消防高压水泵应具备主机重量轻、扬程高、发动机功率大等特点，可随身携带；水泵本体装配在引擎上，其质量不超过15 kg；最大流量不低于300 L/min；在不低于120 m扬程下，泵的流量不低于90 L/min，地面输送长度不低于1 km。

3.3.2 大型远程高压森林消防泵

大型远程高压森林消防泵属于容积式水泵，噪音低、维护简单，以大马力四冲程汽油机为动力，通过天然水源或水罐车供水，单机扬程大，可单机作业直接进行火点消防扑救或与其他森防装备互为补充，解决了远距离火场中，缺水、无水等问题，便于现场安全管理，有效地减少森林大火对森林大火的危害，减少森林大火的人员伤亡。

发动机性能：该类型产品发动机一般多采用四冲程强制风冷发动机，发动机动力不少于13马力。一键电启动和手拉启动为主要启动方式。

水泵性能：水泵一般采用三缸柱塞液压隔膜泵或柱塞泵，水泵最大流量一般不小于50 L/min。

输水性能：该类产品最大扬程一般不小于500 m，输送距离超过3 000 m，吸水扬程一般不小于6 m。

大型远程高压森林消防泵应具备稳定性强，扬程高的特性。该类产品重量一般在70 kg左右，可连续工作4 h以上。在森林消防领域既可以作为远程供水使用，也可以直接进行高山灭火。泵体应自吸水，无需辅助，操作简单、便于移动，可快速到达现场。功率应不低于0.73 kW，最大扬程不小于500 m，水平输送距离应不小于5 000 m，重量不高于85 kg；吸程不低于6 m；流量不低于50 L/min。

3.3.3 小型远程高压森林消防泵

小型远程高原森林消防泵功能与大型远程高压森林消防泵类似，噪音低、维护简单，一般以四冲程单杠汽油机为动力，通过天然水源或水罐车供水，单机扬程低于大型远程高原森林消防泵，可单机作业直接进行火点消防扑救，与其它的森防装备互为补充，重量低于大型远程高原森林消防泵。

发动机性能：该类产品一般以四冲程汽油机为动力，一般不低于3马力。过流部件采用氟橡胶、不锈钢等防腐材料。由于隔膜泵工作时仅隔膜与介质接触，可应用于含有细小砂砾的水源。

输水性能：单机最大扬程可达500 m，输送距离达3 000 m，仅用一台机器就能完成在约400～500 m的山岭上进行覆盖。吸力可以达到7 m，有效距离可以达到20 m。

可应用于含有细小砂砾的水源，并且工作平稳，可以通过天然水源或水罐车供水，向山坡铺设消防水带至着火点直接进行消防扑救，在发动机转速不变的情况下需保证水枪射程。最大流量不低于30 L/min；重量不高于40 kg；最大射程不低于15 m。

3.4 队伍分类方案

按照《国家处置重、特大森林火灾应急预案》《森林防火条例》《全国森林防火中长期发展规划》[14]《全国森林火险区划等级》《中华人民共和国森林法》等法律法规和政策的规定，以装备从简、操作便利为前提，以基本单元为基数，满足一线扑火、适当储备原则[15]。设备分配主要考虑两个因素，一是地形环境因素[16]，二是目前消防队伍人数。基于广西的人员情况，按照最小灭火单元即小于35人三类队伍为标准设立基本单元分配方案。随着队伍级别和队伍人数增加，按最小单元倍数发放设备。

一个基本单元设备包含：2套大型远程高压森林消防泵（用1备1）+2套背负式便携森林消防泵（作为备用接力泵）+1个移动水池+100盘高压消防水带+2个森林消防泵附件包套装+51个背包（移动水池配1个，2条水带配1个）。

根据目前各县区消防队伍人数分布情况统计，将项目实施区的消防队分为三个类别。一类队伍专业消防人员规模不少于70人/队，共有5个县（市、区），依人数分配2～3个基本单元灭火设备；二类队伍专业消防人员规模为35～70人/队，共有37个县（市、区），依人数分配1-2个基本单元灭火设备；三类队伍为专业消防人员规模小于35人/队，共有48个县（市、区），依人数分配1个基本单元灭火设备。

4 结语

在森林防火中，泵串联以水灭火已经得到广泛应用。高扬程泵自身具备很强的灭火优势，在森林资源丰富、交通便携、水源稳定区域，可较大限度保证消防员安全，有效压制火线，与背负式便携泵搭配可达到较好以水灭火效果。高扬程泵机在实战时即可作为主站泵及水源泵，每个灭火单元至少配备2 台（其中1 台为备用），如泵机在管道铺设完成后出现问题可及时替换。背负式便携消防泵重量轻，便携性更强，可作为水源泵、接力泵使用，是水泵灭火时的关键设备。在水管铺设过程中会产生水损，这与作战线路铺设水带的水平、竖向、平顺等情况有关，长距离输水可按沿程的5%～10%计算。在我国西南地区灭火机具的搭配应结合地形数据、队伍人员情况、主流设备参数作为设计依据，同时考虑到技术培训、售后保障，在设备参数较接近情况下应尽量选取国产水泵。做好森林防火工作事关生态文明建设和人民群众的生命安全，不断探索研究切实可行的高山峡谷区灭火技战法，提升整体以水灭火水平。